Solvent molecules form surface redox mediators in situ and cocatalyze O 2 reduction on Pd

化学 催化作用 氧化还原 氧化剂 光化学 氧气 分子 过氧化氢 水溶液 氢 溶剂 无机化学 物理化学 有机化学
作者
Jason S. Adams,Ashwin Chemburkar,Pranjali Priyadarshini,Tomas Ricciardulli,Yubing Lu,Vineet Maliekkal,Abinaya Sampath,Stuart Winikoff,Ayman M. Karim,Matthew Neurock,David W. Flaherty
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:371 (6529): 626-632 被引量:123
标识
DOI:10.1126/science.abc1339
摘要

Solvent molecules influence the reactions of molecular hydrogen and oxygen on palladium nanoparticles. Organic solvents activate to form reactive surface intermediates that mediate oxygen reduction through pathways distinct from reactions in pure water. Kinetic measurements and ab initio quantum chemical calculations indicate that methanol and water cocatalyze oxygen reduction by facilitating proton-electron transfer reactions. Methanol generates hydroxymethyl intermediates on palladium surfaces that efficiently transfer protons and electrons to oxygen to form hydrogen peroxide and formaldehyde. Formaldehyde subsequently oxidizes hydrogen to regenerate hydroxymethyl. Water, on the other hand, heterolytically oxidizes hydrogen to produce hydronium ions and electrons that reduce oxygen. These findings suggest that reactions of solvent molecules at solid-liquid interfaces can generate redox mediators in situ and provide opportunities to substantially increase rates and selectivities for catalytic reactions.
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